微型装置可促成更好的激光器

美国伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的研究人员制造出了一种微型装置，它将帮助物理学家研究物质和光的基本性质。研究成果发表在《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）杂志上，还有助于开发更高效的激光器，用于从医疗到制造的各领域。

该装置由一种光子拓扑绝缘体制成。光子拓扑绝缘体可以引导光子进入材料内部专门设计的界面，同时还能防止这些粒子通过材料本身发生散射。

由于这一特性，拓扑绝缘体可以使许多光子像一个光子一样连贯地行动。这些装置还可用作拓扑“量子模拟器”微型实验室，研究人员可以借此研究量子现象，即在极小尺度上控制物质的物理定律。

伦斯勒理工学院材料科学与工程系助理教授、此次《自然·纳米技术》研究论文的资深作者Wei Bao表示：“我们创造的光子拓扑绝缘体是独一无二的。它能在室温下工作。这是一个重大进步。以前，人们只能使用昂贵的大型设备在真空中对物质进行超冷却，才能研究这种机制。许多研究实验室都无法使用这种设备，所以我们的装置可以让更多人在实验室进行这种基础物理研究。”

Wei Bao补充道：“在开发运行所需能量更少的激光器上，这也是前途无量的一步，因为我们室温装置的阈值（即使其工作所需的能量）比以前开发的低温装置低七倍。”

为了创造该装置，研究人员生长出了超薄的卤化钙钛矿板（一种由铯、铅和氯组成的晶体），并在上面蚀刻了带有图案的聚合物。他们将这些晶体板和聚合物夹在各种氧化物材料片之间，最终形成一个厚约2微米、长宽均为100微米的物体。

研究人员用激光照射该装置时，材料设计的界面上出现了发光的三角形图案。这一图案由装置的设计决定，是激光拓扑特性的结果。

伦斯勒理工学院工程学院院长Shekhar Garde说道：“能够在室温下研究量子现象是一个令人兴奋的前景。Wei Bao教授的创新工作展示了材料工程如何帮助我们回答一些科学上的重大问题。”

这项研究主要获得美国国家科学基金会和海军研究办公室的资助。